搞懂VOC催化剂

搞懂VOC催化剂，真的很重要

由于国家对污染管控的越来越严格，对VOCs净化监管也越来越规范。作为处理VOCs的主要技术-催化燃烧的应用日趋普及，对于催化剂的认知以及应用也亟待补充。

什么是VOC催化剂？

根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义：催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。催化剂能够加快化学反应速率和改变化学反应途径。催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用。

在工业有机废气净化工程中，VOC催化剂是在VOC转变为二氧化碳和水的化学反应里能改变化学反应速率而不改变化学平衡，且催化剂的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。

值得一提的是，目前市场上关于催化剂的描述比较混乱，会出现“触媒”与“催化剂”的两种使用。实际上，“触媒”是日文的描述，属于较早期的叫法，在日本和中国台湾较常使用，现在我们普遍标准的叫法是“催化剂”。

目前，VOC净化催化剂一般有贵催化剂、氧化物催化剂和贵-过渡氧化物催化剂。

直接燃烧与催化燃烧的区别

直接燃烧（热力燃烧）就是把气体温度提高到自身可燃烧的温度，一般需要850℃，类似于垃圾焚烧。催化燃烧就是在催化剂的帮助下，使VOCs的燃烧温度降低，反应可以在320℃左右发生，详见下图。 从而降低了有机废气净化装置的投资和运行费用，以及减少燃烧过程中辅助燃料的消耗和氮氧化物的排放。

关于VOC催化剂应用的常见问答

 1、有不需要加热的催化剂吗？

答：经常碰到有人问，在不加热的情况下，能不能催化VOCs。根据我了解，目前只有氢气，一氧化碳、甲醛的氧化反应能在室温条件下进行。其他VOCs的催化燃烧都需要温度。

2、催化剂的空速和接触时间

答：反应空速是指规定的条件下，单位时间单位体积催化剂处理的气体量，单位为m3/(m3催化剂·h)，即h-1。空速反映了催化剂的处理能力。

对于VOCs催化剂给出的是体积空速，体积空速=原料体积流量（Nm3·h-1）/催化剂体积（m3）。

催化剂的接触时间是反应气体在催化剂床层中停留的时间，即反应时间。接触时间（s）=3600/空速。

3、VOCs催化剂的起燃温度

答：催化剂的VOCs的起燃温度，是实验室对催化剂活性的描述。起燃温度，英文是light-offtemperature，这个目前也尚未统一，有的只有机物转化率达到50%的温度。对于VOCs，我认为以转化率温度99%的低温度来比较催化剂活性更加科学。

4、如果VOCs浓度下降，是否可相应减少催化剂？

答：曾经有人问，如果4000mg/m3的VOCs，设计装催化剂500L，那么如果400mg/m3的VOCs是否只有装50L催化剂就可以了。回答这个问题比较复杂，只能说如果400mg/m3的VOCs依然需要500L催化剂。

5、催化剂床层高度对催化剂有影响吗？

答：催化剂床层需要一个合理高度，一般为300mm。太高和太低会影响催化效果。

6、 蜂窝催化剂如果上下直接填装会堵塞孔道吗？

答：到目前为止，还没有听说这种情况发生。

7、 催化剂的中毒物质是什么?

答：树脂、高沸点聚合物、焦油、重（Hg、Pb、Sn、Zn），有机磷，磷化物，有机硅，及含氟有机物等物质。不过催化剂抗中毒性能与催化剂性能有关。

8、 含Cl和含S的有机物会能用催化燃烧技术吗？

答：取决于催化剂性能，不过处理后的尾气需二次处理HCl、SOx等物质。

9、催化剂的热稳定性

答：由于催化燃烧是强放热反应，当VOCs浓度较高时，催化剂床层升温明显，因此要求催化剂有比较高的热稳定性。实验室是测试高温焙烧催化剂的活性与新鲜催化剂活性的下降幅度来表征催化剂的热稳定性的。

10 、催化剂中贵与催化活性

答：（1）贵Pd的存在形式对催化剂性能的影响：

图1是我前几年做的模型催化剂对一氧化碳和甲烷氧化活性的比较研究，对于CO氧化的活性位为PdO，进入二氧化铈晶格形成固溶体的PdO活性很低；然而，对于甲烷氧化的活性刚刚相反，进入二氧化铈晶格形成固溶体的PdO具有很高的甲烷氧化。可见Pd存在形式对催化剂氧化活性影响很大。

（2）助催化剂和载体的影响：

图2中可以看出，氧化铝负载贵Pd催化剂的Pd含量都是1%，但是添加Nb后催化剂的苯氧化活性和稳定性明显提高，说明助催化剂对催化剂性能有较多的影响。